淺談機場(chǎng)能源管理系統改造項目設計思路

【摘要】針對國內機場(chǎng)用能設備類(lèi)型多、分布區域廣、采集設備數量大的特點(diǎn)，從改造的角度分析了能源管理系統設計思路及系統選擇，為機場(chǎng)能源管理系統改造項目提供了一定的參考。

【關(guān)鍵詞】能源管理；能源消耗量；能流梳理；數據采集

引言

國內機場(chǎng)能源管理系統改造項目是在原有手動(dòng)計量、自動(dòng)遠程抄表或傳統能源管理系統的基礎上進(jìn)行升級，以達到更節能、更高效、更便捷的目的。很多機場(chǎng)在探索節能改造的途徑，但多數機場(chǎng)改造難度較大，存在能流梳理困難、多期系統接口不統一等問(wèn)題，難以達到預期目標。本文基于某機場(chǎng)能源管理系統改造項目，選用了人工智能物聯(lián)網(wǎng)系統平臺，針對現場(chǎng)能流梳理的方法和思路進(jìn)行闡述，解決了大多機場(chǎng)能源管理系統改造項目中難以突破的現實(shí)困難，提供了一種機場(chǎng)能源管理系統改造方案。

１、機場(chǎng)能源管理系統現狀及需求分析

機場(chǎng)一般設有飛行區、航站區、辦公生活區、塔臺、通訊導航站、氣象觀(guān)測站、供油站、機務(wù)維修區、消防應急、貨運站等區域設施，具有面積大、分布廣、負荷密集、供電容量大等特點(diǎn)。與之對應的機場(chǎng)能源管理現狀是目前大多還處于分散化、人工記錄或簡(jiǎn)單的遠程抄表、經(jīng)驗管理的落后水平，對于能源消耗沒(méi)有一個(gè)清晰、高效、透明的系統支撐，無(wú)法便捷、快速地掌握機場(chǎng)的用能狀況，無(wú)法集中、自動(dòng)和實(shí)時(shí)監控各類(lèi)用能設備的運行狀態(tài)和用能負荷的變化情況。

機場(chǎng)能源管理系統對于系統的安全性和可靠性要求很高，航空級的設施水平和服務(wù)水平也決定了機場(chǎng)對管理水平的高度要求。

對于機場(chǎng)能源管理改造項目，實(shí)施過(guò)程中會(huì )面臨以下新的挑戰：

（1）機場(chǎng)面積大，并且對于無(wú)線(xiàn)等通訊方式有嚴格管制，通訊組網(wǎng)難度遠大于一般園區以及其他單體建筑。

（2）在多種因素作用下只能在夜間停航期施工不停航施工不允許長(cháng)時(shí)間停水、停電、更換設備。

（3）項目包含１０ｋＶ高低壓配電系統，項目實(shí)施過(guò)程中需要具備豐富的專(zhuān)業(yè)電力項目實(shí)施經(jīng)驗與供配

電系統對接，以降低項目實(shí)施風(fēng)險。

（4）能效管理功能需根據需求不斷完善，系統需定制化功能。

（5）新老系統對接，充分利用原有系統，降低項目實(shí)施成本。

（6）系統不同于簡(jiǎn)單抄表系統，軟件功能要求更為多樣，不僅實(shí)現遠程抄表，同時(shí)具備能耗分析、區域管理、設備臺賬管理等功能。面對目前機場(chǎng)能源管理系統的現狀及挑戰，對已投入使用的改造升級項目，要根據項目的具體需求制定詳細的實(shí)施方案，進(jìn)行系統能流的梳理以及傳感器和智能采集儀表等底層設備的更換或加裝。根據現場(chǎng)路由及空間結構綜合考慮采用有線(xiàn)或無(wú)線(xiàn)方式進(jìn)行數據傳輸，選用人工智能物聯(lián)網(wǎng)架構系統平臺，并可根據管理需求部署在管理中心。

2、建設思路和規劃原則

機場(chǎng)能源管理系統改造需遵循一體化設計思路，從系統能流梳理、系統結構、技術(shù)措施、設備性能、系統

管理、技術(shù)支持及維修能力等方面綜合評估、選型，確保系統運行的可靠性和穩定性，達到*優(yōu)效果。

根據系統能流梳理情況結合機場(chǎng)的整體規劃設計，建立一套能源管理平臺，提供標準統一的接口，具有良好的開(kāi)放性、兼容性，同時(shí)擁有多元化的數據，可與電力監控系統、樓宇自動(dòng)控制系統等進(jìn)行數據對接和數據共享，并采用標準的數據庫，便于數據上傳，建立整體能耗分析管理機制和績(jì)效考評制度。

從方案設計、實(shí)施到運維，幫助能源管理部門(mén)實(shí)時(shí)獲取機場(chǎng)整體能源運行的現狀及趨勢，分析日常各類(lèi)能耗，建立＂能流梳理——能耗數據采集——數據挖掘分析——現場(chǎng)檢驗診斷——節能規劃設計——節能改造實(shí)施——節能效果評估——節能持續優(yōu)化——節能運營(yíng)監控"九部分統一融合的能源監管流程，體現機場(chǎng)節能一體化服務(wù)的優(yōu)勢，*終成為一個(gè)高效運行管控系統。

建立機場(chǎng)多能源在線(xiàn)監測系統，可針對機場(chǎng)各類(lèi)能耗進(jìn)行遠程采集和實(shí)時(shí)監控以及主要設備的狀態(tài)采集和故障告警；可從已有的第三方系統獲取相關(guān)運行數據，輔助了解設備現狀，及時(shí)反映設備運行問(wèn)題，并采取針對性的措施；對能耗進(jìn)行統計分析，建立能耗審計、能效測評以及公示系統，進(jìn)一步完善資源目標管理體制和運行機制，完善能源使用數據庫，探索能源目標管理辦法；可實(shí)現遙控遙測，并在內部公布各單位的用能情況；預留標準的數據網(wǎng)絡(luò )接□，便于系統擴展和數據交換。

通過(guò)平臺獲取相應的能耗數據并進(jìn)行分析，以此為基礎采取節水、節熱、節電以及其他節能措施，逐步將機場(chǎng)的節能工作落實(shí)，采取具有針對性的節能措施，實(shí)現能耗的合理、節約使用。

3、建設目標

通過(guò)對機場(chǎng)行業(yè)能源管理系統的深入了解，結合多年機場(chǎng)項目經(jīng)驗，使系統契合機場(chǎng)動(dòng)力能源保障部門(mén)需求，配置的綜合能源管理系統不僅包括能耗監測，還包括電能量管理模塊（供電科遠程監控）、能耗監測模塊（計量科遠程實(shí)時(shí)能源管理）、用能計費模塊（收費科室對于末端用戶(hù)計量繳費管理）以及樓宇自控模塊，是一個(gè)大型綜合性能源管理系統。

系統通過(guò)安裝能耗測量裝置，利用現代測控技術(shù)、數據處理與通訊技術(shù)，基于完善的能耗監測管理手段，采用分散控制器和交流采樣技術(shù)，憑借大流量高可靠性通訊網(wǎng)絡(luò )，為機場(chǎng)的能耗設備管理提供專(zhuān)業(yè)的解決方案，實(shí)現對用戶(hù)能耗設施、能耗細節和能耗過(guò)程的掌控。達到以下目標：

（1）掌握各類(lèi)能耗的數據以及基本信息。

（2）提供各項能源消耗量數據分析。

（3）設備安全運行管理。

（4）統一機場(chǎng)能源管理平臺。

4、能流梳理思路

基于對能耗基礎數據的管理要求，需要對已經(jīng)建設并投入使用的與用能相關(guān)聯(lián)的能流或智能儀表進(jìn)行梳理，梳理工作以電能為例共分兩個(gè)部分：機場(chǎng)內的電力監控部分和機場(chǎng)內的遠程抄表部分，每個(gè)部分的梳理工作包含以下九部分工作內容：

4.1屬性定義

通過(guò)屬性定義，對機場(chǎng)用能的地理邊界、組織邊界、分類(lèi)分項能耗以及系統歸屬等信息進(jìn)行歸納，同時(shí)為保證系統高效工作，保證能耗數據可進(jìn)行計算機或人工識別和處理，保證數據得到有效的管理和支持高效查詢(xún)服務(wù)，實(shí)現數據組織、存儲及交換的一致性。

4.2地理邊界梳理與確認

滿(mǎn)足對不同地理邊界的用能統計與分析。

4.3組織邊界梳理與確認

滿(mǎn)足對不同用能單位的用能統計與分析。

4.4電源來(lái)源梳理與確認

明確能源來(lái)源，實(shí)現電力／水量／氣量統計、用能分析和契約管理。

4.5電壓等級梳理

明確用能表計所處的電壓等級，對電力系統進(jìn)行歸類(lèi)分析。

4.6節點(diǎn)位置梳理

用于計算和統計電力／水／氣的傳輸損耗量。

4.7區域歸屬梳理

對集中數據采集的表計進(jìn)行歸類(lèi)，進(jìn)行可歸類(lèi)傳輸的區域數量統計。

4.8分類(lèi)分項梳理

滿(mǎn)足機場(chǎng)對能耗分類(lèi)計量和分項計量的要求。

4.9能流梳理

構建表具屬性中的上下級邏輯關(guān)系，建立時(shí)間同步方法和鑒別數據有效與有序，同時(shí)滿(mǎn)足進(jìn)行能流的統計、分析與預警功能建立的需要。

某機場(chǎng)能流梳理的部分實(shí)際樣例表格參見(jiàn)地理邊界表（表１）、組織邊界表（表２）和分項能耗表（表３）。

5、系統選擇

采用集中管理、分散布置的模式，分層、分布式系統結構，由中央監控室主站系統、各大分區操作分站、主干通訊網(wǎng)絡(luò )與測控層數據網(wǎng)絡(luò )、分布式通訊子站以及底層能耗與能效監測設備等部分組成。

系統中各應用模塊的功能相互之間相對獨立，以提高系統的穩定性和可維護性。根據項目需求和平臺化的基本原則，各組件之間通過(guò)統一的系統平臺接口進(jìn)行信息交互，同在一個(gè)網(wǎng)絡(luò )下的設備也可以進(jìn)行數據交互，系統的局部改動(dòng)將不會(huì )影響整體。

5.1系統結構說(shuō)明

機場(chǎng)能源管理系統由中心信息層、傳輸層、現場(chǎng)設備層組成。系統網(wǎng)絡(luò )架構示意圖如圖１所示。

（1）中心信息層

中心信息層為系統的核心組成，配備相應的軟硬件，所有能耗數據、設備運行信息、環(huán)境條件信息和能源及設備信息等都在該層進(jìn)行處、分析、評估并發(fā)布當前能效狀況，擁有不同權限的用戶(hù)可以從大屏幕、Ｗｅｂ客戶(hù)端或其他有安全級別的終端服務(wù)器查看到不同級別的數據呈現信息。

（2）傳輸層

傳輸層為系統通訊的底層通訊鏈路、通訊轉換設備以及頂層通訊鏈路等，是連接設備層和管理層的紐帶環(huán)節，保證數據有效傳送、不丟失。

（3）現場(chǎng)設備層

現場(chǎng)設備層為系統的基礎，絕大部分能耗數據來(lái)自該層。該層設備全部需具有ＲＳ４８５接□，支持ＭｏｄＢｕｓ通訊協(xié)議，將現場(chǎng)能耗數據發(fā)送至網(wǎng)絡(luò )匯聚層。主要負責采集能耗數據（電、水、汽等）、環(huán)境參數數據（溫度、濕度、（：０２濃度等）。

5.2硬件網(wǎng)絡(luò )架構

設計需考慮所選網(wǎng)絡(luò )具有高速的傳輸能力和較高的帶寬，網(wǎng)絡(luò )一次布線(xiàn)后，在未來(lái)１５-２０年內可滿(mǎn)足項目擴展需求；且網(wǎng)絡(luò )需具有較高的適應變化的能力，當監測點(diǎn)位置發(fā)生變化時(shí)，可非常便捷地調整重新連接，不必重新布線(xiàn)；網(wǎng)絡(luò )需具有結構清晰、簡(jiǎn)單方便、易擴展等特點(diǎn)。

主干網(wǎng)負責各子網(wǎng)和應用服務(wù)的連接，為信息交換提供高速通道，主干網(wǎng)采用１０００／１００００Ｍ光纖網(wǎng)絡(luò )，下屬子網(wǎng)采用１００／１０００Ｍ快速以太網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò )協(xié)議采用ＴＣＰ／ＩＰ協(xié)議。以能源管理中心，按星型網(wǎng)絡(luò )架構向外輻射，以輻射一*監測點(diǎn)為主，通過(guò)一*監測點(diǎn)作為匯聚點(diǎn)向二級監測點(diǎn)輻射，二級監測點(diǎn)作為匯聚點(diǎn)向三級監測點(diǎn)輻射，*終實(shí)現整個(gè)機場(chǎng)能源管理網(wǎng)絡(luò )覆蓋。光纖主干網(wǎng)絡(luò )拓撲示意圖如圖２所示。

5.3系統軟件構架

系統軟件架構由數據采集系統、數據處理系統'數據展示系統、數據上傳及接收系統、基礎信息維護系統構成。

（1）數據采集子系統

數據采集子系統對上傳的數據進(jìn)行來(lái)路校驗，接收從數據采集器發(fā)送來(lái)的合法數據，解析后存儲至數據庫。

（2）數據處理子系統

數據處理子系統對系統接收的數據包進(jìn)行校驗和解析，規范采集時(shí)間，根據配電支路安裝儀表的情況構造用能模型，對原始采集數據拆分計算得到分項能耗數據并保存至數據庫。

（3）數據上報及接收子系統

數據上報及接收子系統通過(guò)定時(shí)任務(wù)調度自動(dòng)從數據庫中提取能耗分類(lèi)、分項數據，合并整理打包后發(fā)送到上一級數據中心發(fā)送的系統公告、數據字典更新消息等。

（4）數據分析展示子系統

數據分析展示子系統對經(jīng)過(guò)數據處理后的分類(lèi)分項能耗數據進(jìn)行分析匯總和整合，通過(guò)靜態(tài)表格或者動(dòng)態(tài)圖表方式將能耗數據展示出來(lái)，為節能運行、節能改造、信息服務(wù)和制定政策提供信息服務(wù)。

（5）信息維護子系統

信息維護子系統對所有數據字典和建筑物概況等基礎信息、建筑用能支路及監測儀表安裝等的配置信息、用戶(hù)權限信息等進(jìn)行錄入和維護。

5.4系統軟件功能

系統具有豐富的軟件功能，包括：數據采集、圖形展示與交互、事件記錄與報警、數據存儲與查詢(xún)、數據分析與展示、能源生產(chǎn)系統運行管理、能源生產(chǎn)計劃管理、能源生產(chǎn)標準管理、基于工作流及工單的能源生產(chǎn)流程管理、生產(chǎn)信息發(fā)布、技術(shù)資料、文檔管理、用戶(hù)及基礎信息管理等。

6、Acrel-EIOT能源物聯(lián)網(wǎng)云平臺

（1）概述

Acrel-EIoT能源物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)放平臺是一套基于物聯(lián)網(wǎng)數據中臺，建立統一的上下行數據標準，為互聯(lián)網(wǎng)用戶(hù)提供能源物聯(lián)網(wǎng)數據服務(wù)的平臺。用戶(hù)僅需購買(mǎi)安科瑞物聯(lián)網(wǎng)傳感器，選配網(wǎng)關(guān)，自行安裝后掃碼即可使用手機和電腦得到所需的行業(yè)數據服務(wù)。

該平臺提供數據駕駛艙、電氣安全監測、電能質(zhì)量分析、用電管理、預付費管理、充電樁管理、智能照明管理、異常事件報警和記錄、運維管理等功能，并支持多平臺、多語(yǔ)言、多終端數據訪(fǎng)問(wèn)。

（2）應用場(chǎng)所

本平臺適用于公寓出租戶(hù)、連鎖小超市、小型工廠(chǎng)、樓管系統集成商、小型物業(yè)、智慧城市、變配電站、建筑樓宇、通信基站、工業(yè)能耗、智能燈塔、電力運維等領(lǐng)域。

（3）平臺結構

（4）平臺功能

·       電力集抄

電力集抄模塊可以實(shí)現對各種監測數據的查詢(xún)、分析、預警及綜合展示，以保證配電室的環(huán)境友好。在智能化方面實(shí)現供配電監控系統的遙測'、遙信、遙控控制，對系統進(jìn)行綜合檢測和統一管理；在數據資源管理方面，可以顯示或查詢(xún)供配電室內各設備運行（包括歷史和實(shí)時(shí)參數，并根據實(shí)際情況進(jìn)行日報、月報和年報查詢(xún)或打印，提高工作效率，節約人力資源。

變壓器監控

配電圖

·       能耗分析

能耗分析模塊采用自動(dòng)化、信息化技術(shù)，實(shí)現從能源數據采集、過(guò)程監控、能源介質(zhì)消耗分析、能耗管理等全過(guò)程的自動(dòng)化、科學(xué)化管理，使能源管理、能源生產(chǎn)以及使用的全過(guò)程有機結合起來(lái)，運用數據處理與分析技術(shù)，進(jìn)行離線(xiàn)生產(chǎn)分析與管理，實(shí)現全廠(chǎng)能源系統的統一調度，優(yōu)化能源介質(zhì)平衡、有效利用能源，提高能源質(zhì)量、降低能源消耗，達到節能降耗和提升整體能源管理水平的目的。

能耗概況

·       預付費管理

1）登陸管理：管理操作員賬戶(hù)及權限分配，查看系統日志等功能；

2）系統配置：對建筑、通訊管理機、儀表及默認參數進(jìn)行配置；

3）用戶(hù)管理：對商鋪用戶(hù)執行開(kāi)戶(hù)、銷(xiāo)戶(hù)、遠程分合閘、批量操作及記錄查詢(xún)等操作；

4）售電管理：對已開(kāi)戶(hù)的表進(jìn)行遠程售電、退電、沖正及記錄查詢(xún)等操作；

5）售水管理：對已開(kāi)戶(hù)的表進(jìn)行遠程售水、退水、記錄查詢(xún)等操作；

6）報表中心：提供售電、售水財務(wù)報表、用能報表、報警報表等查詢(xún)，本系統所有的報表及記錄查詢(xún)，都支持excel格式導出。

預付費看板

·       充電樁管理

通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，對接入系統的充電樁站點(diǎn)和各個(gè)充電樁進(jìn)行不間斷地數據采集和監控，同時(shí)對各類(lèi)故障如充電機過(guò)溫保護、充電機輸入輸出過(guò)壓、欠壓、絕緣檢測故障等一系列故障進(jìn)行預警。云平臺包含了充電收費和充電樁運營(yíng)的所有功能，包括城市級大屏、交易管理、財務(wù)管理、變壓器監控、運營(yíng)分析、基礎數據管理等功能。

充電樁看板

·       智能照明

智能照明通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對安裝在城市各區域的室內照明、城市路燈等照明回路的用電狀態(tài)進(jìn)行不間斷地數據監測，也可以實(shí)現定時(shí)開(kāi)關(guān)策略配置及后臺遠程管理和移動(dòng)管理等，降低路燈設施的維護難度和成本，提升管理水平，并達到一定節能減掛的效果。

監控頁(yè)面

·       安全用電

安全用電采用剩余電流互感器、溫度傳感器、電氣火災探測器，對引發(fā)電氣火災的主要因素（導線(xiàn)溫度、電流和剩余電流）進(jìn)行不間斷的數據跟蹤與統計分析，并將發(fā)現的各種隱患信息及時(shí)推送給企業(yè)管理人員，指導企業(yè)實(shí)現及時(shí)的排查和治理，達到消除潛在電氣火災安全隱患，實(shí)現“防患于未然"的目的。

·       智慧消防

通過(guò)云平臺進(jìn)行數據分析、挖掘和趨勢分析，幫助實(shí)現科學(xué)預警火災、網(wǎng)格化管理、落實(shí)多元責任監管等目標。原先針對“九小場(chǎng)所"和?；飞a(chǎn)企業(yè)無(wú)法有效監控的空白，適應于所有公建和民建，實(shí)現了無(wú)人化值守智慧消防，實(shí)現智慧消防“自動(dòng)化"、“智能化"、“系統化"、用電管理“精細化"的實(shí)際需求。

（5）系統硬件配置

7、結語(yǔ)

隨著(zhù)先進(jìn)的系統平臺和匹配的架構及產(chǎn)品，才能達到預期效果。

參考文獻

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[2]本課題組．綠色工業(yè)建筑——工業(yè)企業(yè)能源管理系統。環(huán)境保護與循環(huán)經(jīng)濟，2016年10期。

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[5]謝慕文.機場(chǎng)能源管理系統改造項目設計思路

[6]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)選型手冊2021.10版

作者簡(jiǎn)介：魏健輝，安科瑞電氣股份有限公司.